Astrofotografia: fotocamera, webcam o CCD?

Quando si tratta di fare astrofotografia, ci sono solo quattro modi in cui puoi farla bene. In primo luogo, possiamo tornare ai vecchi tempi della pellicola, che non è usata più molto. In secondo luogo, è possibile utilizzare fotocamere digitali, come ad es. le Digital Single Lens Reflex (DSLR). In terzo luogo, possiamo usare un dispositivo ad accoppiamento di carica (CCD) per l’astrofotografia a lunga esposizione di oggetti deboli, quali ad es. nebulose e galassie. In quarto luogo, specie per chi ha un budget limitato, è possibile usare una webcam, almeno se ci si accontenta di riprese dei pianeti più grandi, della Luna o del Sole.

L’astrofotografia tramite webcam sta rapidamente diventando il modo con cui i nuovi astrofili praticano la fotografia astronomica. Il metodo tradizionale, che utilizza una macchina fotografica a pellicola da 35 mm, richiede decisamente uno spreco di tempo e di risorse. Inoltre, esso richiede un sacco di pratica per ottenere delle buone foto, ed in ogni caso sono spesso necessarie delle lunghe esposizioni. Anche le macchine fotografiche digitali reflex (DSLR), come quelle che puoi trovare ad esempio qui, non hanno cambiato di molto le cose.

Le moderne “telecamere ad accoppiamento di carica” (Charge-coupled device, o CCD) si sono diffuse molto negli ultimi anni – anche fra gli astronomi dilettanti – per effettuare osservazioni di tipo scientifico, ed hanno il vantaggio di essere digitali, eliminando lo spreco di pellicola tipico dell’astrofotografia tradizionale. Comunque, le CCD per uso astronomico sono molto costose da acquistare, ed in particolare lo sono i modelli più versatili, come ad esempio quelle a colori o a largo campo.

Pertanto, le camere CCD sono utilizzate dagli astrofili più facoltosi o dai veri appassionati. Le webcam, invece, sono poco costose, poiché un modello di base costa quanto un generico oculare di un telescopio, ed anche le migliori non costano tipicamente più del doppio rispetto ai modelli di base. Inoltre, esse sono compatibili con vari tipi di computer e di sistemi operativi (Mac, Linux, Windows, etc.), anche quelli più vecchi, poiché in generale il loro utilizzo non richiede un’elevata potenza di calcolo.

Alcune famose webcam usate in campo astronomico.

Inoltre, un altro grande vantaggio delle webcam è il tipo di immagini in cui rendono meglio, tipicamente quelle della Luna e dei pianeti più luminosi, che sono esattamente fra i soggetti preferiti dei possessori di piccoli telescopi con montature modeste. Per tutte queste ragioni, le webcam rappresentano il primo passo per gli astrofili che vogliono provare a immortalare l’eccitazione che si prova guardando all’oculare del telescopio, ad esempio, gli anelli di Saturno piuttosto che i crateri lunari.

Con le webcam e appositi software gratuiti, gli astrofotografi in erba possono anche creare delle animazioni raggruppando fotogrammi successivi in GIF animate o in filmati QuickMovie, ad esempio per mostrare in pochi secondi la rotazione di Marte o il transito davanti a Giove dei satelliti galileiani. Inoltre, i fotogrammi possono venire selezionati e sovrapposti da software dedicati per ottenere immagini di qualità assai più elevata, come descritto nell’articolo Fotografare Luna e pianeti con una webcam.

Webcam e fotocamere digitali: un confronto

Gli astronomi dilettanti meno giovani, che erano consapevoli di quanto fosse difficile e impegnativa la fotografia planetaria ai “vecchi tempi” (cioè nel 20° secolo) sono piuttosto stupiti di ciò che si può ottenere oggi con un’attrezzatura semplice come una webcam. Certo, la maggior parte della “magia” risiede nell’elaborazione del software che impila centinaia di fotogrammi mediocri presi da un video per produrre un’immagine nitida e dettagliata di un pianeta, tuttavia l’hardware è ancora importante.

Quindi, dopo aver provato con la loro webcam, le persone vogliono provare qualcosa di meglio. Le macchine fotografiche specializzate “planetarie /di guida” sono la scelta più ovvia, tuttavia le persone preferiscono le soluzioni meno costose, come usare una reflex digitale a lente singola (DSLR) capace di LiveView usate già per foto planetarie, o riconvertire una macchina fotografica industriale. Vediamo, in particolare, cosa aspettarsi da una webcam rispetto a una fotocamera reflex digitale.

Immagini di Saturno riprese con una fotocamera digitale dotata di LiveView.

Scoprirai che puoi fare riprese planetarie con qualsiasi webcam relativamente moderna che potresti avere. In ogni caso, otterrete risultati migliori usando una webcam migliore, preferibilmente con un sensore CCD invece del più comune CMOS. La Philips SPC900nc e la Toucam Pro (e alcuni dei primi prodotti Logitech, come la QuickCam 4000 Pro) sono considerate le migliori webcam per la fotografia planetaria. Inoltre, le webcam con una risoluzione del sensore maggiore sono in genere preferibili.

Se è vero che anche una webcam economica può darti immagini planetarie con qualche dettaglio soddisfacente, è altrettanto vero che, se hai già una fotocamera digitale reflex a lente singola (DSLR) relativamente moderna, questa avrà un potenziale migliore, quindi non c’è bisogno di disturbarsi con le webcam. Ora, se stai cercando una DSLR di seconda mano per fare qualche fotografia astronomica ma sei interessato anche ai pianeti, è logico optare per una Canon 550D / 60D / 60Da (puoi trovare altri modelli simili qui).

Questo tipo di fotocamera, infatti, è l’unica in grado di eseguire riprese planetarie decenti senza un personal computer, mentre per tutte le altre fotocamere Canon (anche la 600D con lo zoom digitale), per ottenere i migliori risultati, è necessario acquisire il LiveView 5x con un PC. E anche se portare con sè un PC portatile oggi non è un problema, la 550D ti darà comunque risultati migliori rispetto a fotocamere analoghe (ad esempio, con altri sensori Canon da 18MP o inferiori / più vecchi).

Tuttavia, se usi una buona webcam e un software di post-elaborazione delle immagini, puoi ottenere un risultato migliore rispetto a uno scatto singolo preso con una fotocamera digitale, per quanto di buona qualità. In figura, ho un’immagine di Giove ottenuta da un singolo scatto di una DSLR a confronto con una sovrapposizione di fotogrammi presi da una webcam. Ciò fa capire perché occorrono tante immagini e come le DSLR diventino superiori alle webcam se ci permettono di fare altrettanto.

Immagine di Giove ripresa con lo scatto singolo di una fotocamera digitale (a sinistra) e una sovrapposizione di fotogrammi ripresi con una webcam (a destra).

L’immagine di sinistra ottenuta con la fotocamera digitale non è affatto male, le bande di Giove sono chiaramente visibili, ma l’immagine è priva di dettagli all’interno delle nuvole. La ragione per cui non c’è alcun dettaglio è che questi vanno oltre la risoluzione della fotocamera (oltre al fatto di non aver usato la lente di Barlow 4x quando è stata scattata questa immagine). Inoltre, la turbolenza all’interno della nostra atmosfera rende impossibile scattare una singola immagine cristallina.

Mentre i fotoni viaggiano attraverso la nostra atmosfera, passano attraverso le correnti termiche e si piegano leggermente e si rifrangono: tutti questi aspetti rendono più difficile ottenere un’immagine chiara di un pianeta o della Luna. La combinazione di molte centinaia o persino migliaia di immagini funziona come soluzione per risolvere questo problema. Puoi imparare come fare fotografia planetaria e post-elaborazione delle immagini con una webcam nell’articolo già citato che trovi qui.

Una fotocamera digitale DSLR viene solitamente modificata per aumentare la sua sensibilità rosso scuro al fine di catturare la linea Hα nelle nebulose. Tuttavia, una modificata a spettro completo è abbastanza utile anche nelle riprese planetarie. Ad esempio, un filtro passa-UV (ad es. Venus U) può consentire a un grande telescopio riflettore di catturare le nuvole di Venere, mentre un filtro passa IR (solitamente IR72 o IR85) può evitare molta turbolenza atmosferica per dare un’immagine più nitida.

Un vantaggio meno ovvio è che, con un filtro UV / IR (come si userebbe per le foto delle nebulose) si ottiene ancora più luce verso il rosso dello spettro rispetto a una telecamera non modificata, il che equivale a un aumento dell’efficienza quantica complessiva. Ad es., il sensore 450D modificato con un filtro UV / IR richiede in realtà un’esposizione più breve rispetto al 550D / 600D, un vantaggio più facile da mostrare in condizioni davvero pessime (ventoso / tremolante), dove l’esposizione è più importante.

Immagine di Saturno presa con un filtro UV / IR con il metodo della proiezione dell’oculare. Telescopio rifrattore da 10 cm a f/9, oculare da 5 mm e webacm Logitech Pro 4000. Immagine processata con Autostakkert e RegiStax. In alto, uno dei fotogrammi di partenza.

Le fotocamere planetarie o industriali possono consentire di fare un ulteriore passo avanti e possono essere abbastanza sensibili da consentirvi di ottenere immagini a lunghezze focali maggiori (ad esempio con lenti di Barlow più potenti). Si noti che è risaputo come le fotocamere monocromatiche (B/N) siano in generale in grado di dare risultati più nitidi rispetto alle equivalenti fotocamere a colori, ma c’è molto più lavoro da fare (occorre scattare attraverso filtri RGB ed effettuare il compositaggio).

Webcam vs. camere CCD per uso astronomico

Come abbiamo visto, la combinazione di molte centinaia o persino migliaia di immagini funziona come soluzione per risolvere il problema della turbolenza dell’atmosfera terrestre. Un sensore CCD di grande formato come quello che hanno le camere CCD per uso astronomico, infatti, non sarà mai in grado di scattare abbastanza immagini nel breve periodo di tempo prima che ad es. la rotazione di Giove diventi visibile e offuschi l’immagine così da ottenere una foto planetaria davvero buona.

Pertanto, le webcam sono l’unico modo con cui l’astrofilo può oggi effettuare una buona astrofotografia planetaria. Sì, è possibile ottenere immagini a scatto singolo abbastanza decenti attraverso una fotocamera di grande formato, ma alla fine una webcam da meno di 100 euro farà un lavoro migliore. Peraltro, a rigor di termini, una webcam è una fotocamera digitale. Tuttavia, sto cercando di distinguere tra due tipi distinti di riprese digitale: esposizione lunga e un’esposizione incredibilmente breve.

Le webcam e le fotocamere digitali usate in modalità video sono utili per riprendere numerose immagini con un’esposizione molto breve, come occorre per ottenere buone foto di pianeti, Luna e Sole al termine della post-elaborazione. Viceversa, le camere CCD per uso astronomico e le fotocamere digitali usate per singole foto a lunga esposizione sono adatte per fotografare oggetti debolmente luminosi dello spazio profondo, quali ad es. nebulose e galassie, soggetti per i quali le webcam risultano inadatte.

Una camera CCD raffreddata applicata a un telescopio amatoriale.

Le webcam hanno dunque un uso completamente diverso nell’astrofotografia rispetto a una camera CCD. Queste ultime sono generalmente utilizzate per scattare immagini a lunga esposizione, ma hanno anche la possibilità di ottenere esposizioni molto brevi. Quando si riprendono immagini di pianeti, Sole o Luna, una camera CCD diventa meno utile. Ci sono alcuni importanti vantaggi nell’usare una piccola webcam rispetto a una camera CCD raffreddata di grande formato, come quelle usate in astronomia.

Per prima cosa, c’è il costo! Una webcam decente per l’astrofotografia può costare fino a 100 euro. Tuttavia, per l’astrofotografia questa webcam commerciale ha bisogno di essere leggermente modificata. Per i principianti, vuol dire che hai bisogno di un adattatore da 1,25”, lo stesso raccordo che troverete su ogni telescopio amatoriale. Ciò consente di collegare direttamente la webcam al telescopio, invece di doverla tenere contro l’obiettivo, il che può essere molto difficile.

Sebbene una camera CCD sia in grado di effettuare un’esposizione molto breve, i pianeti, la Luna ed il Sole sono piuttosto brillanti e non richiedono un’esposizione lunga. E, sebbene si possa generalmente supporre che una CCD raffreddata da 16 MP e del costo di 45.000 euro (che è in grado di effettuare esposizioni molto corte e lunghe) alla fine sarebbe meglio di una webcam da 640 × 480 pixel del costo di 100 euro nell’ottenere buone immagini di pianeti, questo non è sempre vero.

Ci sono due ragioni importanti per questo. Innanzitutto, per il telescopio medio che un astronomo amatoriale è in grado di possedere, la lunghezza focale del telescopio sarà abbastanza breve da richiedere una lente di Barlow 2x o 4x per far sì che un pianeta occupi l’intero fotogramma dell’immagine . Anche con la lunghezza focale più lunga di un telescopio più grande, un pianeta non diventerà più grande dello schermo della webcam senza usare una lente di Barlow.

Una lente di Barlow applicata fra il diagonale (a destra) e l’oculare (a sinistra).

D’altra parte, se si adatta l’immagine del pianeta solo all’interno di una schermata della webcam, considera quanto spazio sprecato c’è su un formato più grande come quello di una camera CCD! Questo ci porta al secondo punto: quante immagini possono essere prese. Con una webcam, viene preso un filmato, una piccola videoclip. In base alla configurazione e alla qualità della webcam, è possibile catturare tra una dozzina e un centinaio di immagini ogni secondo. Sono senza dubbio molte immagini!

Cosa succederebbe con una camera CCD? Bene, prenderebbe immagini da 16MP, dove 15MP delle immagini saranno solo spazio nero sprecato. Sebbene lo spazio sprecato possa essere facilmente rimosso in seguito, limita fortemente la velocità con cui il riproduttore d’immagini può effettuare scatti successivi. Ricorda, ogni immagine non deve solo essere presa ma deve essere scaricata sul computer. Un’immagine 640 × 480 pixel è molto piccola, un’immagine 4096 × 4096 pixel non così tanto.

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